Акт 4. Магнитные бури.
Чайки стонут перед бурей.- стонут,- мечутся над
морем и на дно его готовы спрятать ужас свой пред
бурей. (…)
- Буря! Скоро грянет буря!
М.Горький. Песня о буревестнике.
Плазменные бури, которые происходят в магнитосфере нашей планеты, именуются магнитными бурями. Они возникают глобально по всему земному шару, их динамика тесно связана со сложными процессами, происходящими в солнечном ветре, радиационных поясах и хвосте магнитосферы Земли. Во время бури всё пространство вокруг Земли возмущается в течение двух или более дней на высотах от 80 до 60 тыс. км. Выделяющаяся при этом мощность приводит к свечению магнитосферы в оптическом, радиодиапазоне и диапазоне геомагнитных пульсаций.
Обычно магнитосферная буря начинается с резкого сжатия магнитосферы дополнительной ударной волной, дошедшей до орбиты Земли после интенсивной солнечной вспышки. Сжатие в свою очередь инициирует появление последующих взрывных процессов внутри магнитосферы. Продолжительность отдельного взрывного процесса составляет обычно от 1 до 3 часов и называется магнитосферной суббурей. В течение магнитосферной бури может произойти до десяти суббурь. Главная фаза геомагнитной бури характеризуется интенсивностью и частотой суббурь.
Таким образом, магнитосферная буря проявляется как геомагнитная буря, состоящая из начальной и главной фаз. Первая фаза обусловлена сжатием магнитосферы межпланетной ударной волной, а вторая - эффектом накопления протонов, которые образуют интенсивный кольцевой ток, или радиационный пояс.
Во время бури происходит генерация электрического поля, направленного поперёк магнитного хвоста с утренней стороны на вечернюю. Это поле обусловливает внезапное начало интенсивного, направленного к Земле движения плазмы в хвосте магнитосферы и в плазмосфере ( на низких широтах электроны и ионы водорода образуют своеобразный пузырь плазмы, известный в геофизике как плазмосфера ). Перемещение плазмы в область более сильного поля приводит к её разогреву. Часть этой плазмы вторгается в верхнюю атмосферу высоких широт, а другая часть заполняет плазменный слой и радиационные пояса Земли.
А теперь насущные, и значит, самые интересные вопросы. Влияет ли активность Солнца, а следом за нею геомагнитные процессы, в частности те самые пресловутые бури, на биосферу нашей планеты. Ответ несомненно положителен, но разобраться в механизмах, во всех хитросплетениях причин и следствий весьма затруднительно.
В среднем продолжительность солнечного цикла действительно составляет около 11 лет, хотя на самом деле она колеблется от 7 до 15 лет. Величина солнечной активности характеризуется числами Вольфа. При минимальной солнечной активности число Вольфа в течение многих лет подряд равно нулю. Числа 140, 100 и 70 считаются характеристиками соответственно высокой, средней и низкой солнечной активности. Так вот, отмечено, что цены на пшеницу на международном рынке колеблются в соответствии с числами Вольфа. Здесь проявляется связь урожайности сельскохозяйственных культур и погодных условий на планете, вытекающих из глобальных атмосферных процессов.
Магнитное поле Земли по своей величине незначительно, однако оно занимает огромный объём, простираясь на десятки тысяч километров от поверхности планеты. А так как энергия магнитного поля пропорциональна объёму, то и влияние геомагнитного поля на планетарные процессы весьма велико. Солнце же со своей стороны неким образом дирижирует жизненными циклами биосферы Земли. Климат, вулканическая и сейсмическая активность, образование циклонов, колебания уровня грунтовых вод – всё оказывается в единой связке с дневным светилом и третьей планетой от него.
Часть 2. В одной упряжке.
В мире временном, сущность которого – тлен,
Не сдавайся вещам несущественным в плен.
Сущим в мире считай только дух вездесущий,
Чуждый всяких вещественных перемен
О.Хайям.
Акт 1. Полярные сияния.
Но где ж, натура, твой закон ?
С полночных стран встаёт заря!
Не солнце ль ставит там свой трон?
Не льдисты ль мещут огнь моря?
( М.В.Ломоносов, «Вечернее размышление о
божием величестве при случае великого
северного сияния»)
Те, кто видел полярное сияние, говорят что ни словом, ни кистью художника нельзя передать то красочное действо, которое являют собою небесные сполохи.
Вспышка полярных сияний в верхних слоях атмосферы высоких широт является одним из проявлений магнитосферной бури. Нижняя граница полярных сияний располагается обычно на высоте 95-110 км, и чем ярче, сильнее сияние, тем ниже эта граница. Верхний край сияний удалён на 150-200 км от Земли, а иногда и на 400-600 км, а то и 1000 км.
Простейшая форма полярных сияний – дуга с примерно однородной горизонтальной яркостью. Развиваясь, эта дуга обретает небольшие складки («лучи»), размером в несколько километров и называется лучистой дугой. В очень активных формах развиваются складки размером в несколько сот километров. Такие формы называют «драпри», или «подковообразным сиянием». Чаще всего сияния наблюдаются в виде одной или нескольких дуг, пересекающих небосвод в направлении запад-восток. Другая форма сияний – полосы. Они могут причудливо извиваться и закручиваться в причудливые спирали. В некоторых случаях образовываются лучи, которые обычно располагаются с севера на юг. Лучи могут быть обособленными или собранными в пучки света. На спаде свечение часто имеет пульсирующий характер, с резким изменением яркости. Так называемые «чёрные сияния»,- это тёмные области в зоне свечения. Они выглядят как тёмные ленты или округлые пятна.
Земля имеет два овала полярных сияний, по одному на полушарие, ориентированных на соответствующий геомагнитный полюс. Размер овала не остаётся постоянным. В спокойные периоды овал сжимается к полюсам. В период сильной бури как внутренняя, так и внешняя границы овала смещаются к экватору и могут достигать в отдельных случаях широты Киева и даже ниже.
Сияния создаются в основном излучением нейтральных и ионизированных атомов и молекул кислорода и азота, то есть основных газовых составляющих атмосферы. Атомарный кислород в одной степени возбуждения излучает яркую зелёную линию в спектре, при другой светится красным светом, который обычно и наблюдается в средних и низких широтах.
В северных регионах – на Аляске, в Скандинавии, на Кольском полуострове, в Гренландии и Северной Канаде, на Таймыре и Чукотке очень часто пылают полярные сияния. А при сильных магнитных бурях бывают в Крыму и даже Северной Африке. 4 февраля 1872 года полярные сияния были видны в Египте, Индии и Гватемале. 8 марта 1970 – наблюдались в Москве и Ленинграде. Пётр Первый видел полярное сияние 3 октября 1722 года под Астраханью. Но это всё исключения. Области наибольшего сосредоточения сияний совпадают с районами магнитных аномалий. Их наибольшая активность проявляется в зоне Восточно-Сибирской магнитной аномалии.
Максимальное проявление небесных сполохов в течение суток отмечено около 23.00, а сезонный пик активности приходится на дни равноденствия и близкие к ним промежутки времени: март-апрель и сентябрь-октябрь. А циклы активности сияний привязаны к периоду обращения Солнца вокруг оси (27 дней) и 11-летнему циклу солнечной активности.
Интенсивные полярные сияния часто совпадают с нарушениями радиосвязи на всех частотах. Что и понятно, если вспомнить, что такое геофизическое явление как сияние разыгрывается непосредственно в ионосфере. А ионосфера Земли во время магнитных бурь, когда идут высыпания частиц из магнитосферы, естественно, не может находиться в нормальном состоянии.
Отмечаются весьма любопытные свойства полярных сияний. Некоторые наблюдатели говорят о звуках вроде шелеста или шуршания, которые слышатся непосредственно во время сияния. Приборы же обнаруживают только инфразвуковые волны, человеком не слышимые . А вот собаки во время сияний воют, тем самым подтверждая присутствие звуковых колебаний.
Акт 2. Землетрясения.
Смысла нет перед будущим дверь запирать,
Смысла нет между злом и добром выбирать.
Небо мечет вслепую игральные кости.
Всё, что выпало, надо успеть проиграть.
О.Хайям
Процессы, происходящие на Солнце, оказывают влияние чуть ли не на все природные явления на нашей планете. В годы солнечной активности усиливается и тектоническая деятельность.
Особенно сильные магнитные бури способны изменить скорость вращения Земли, что вызывает дополнительные напряжения в земной коре и, значит, может запустить весь механизм подземной стихии. Геологи считают, что землетрясения связаны с механическими напряжениями и движениями в земной коре. А эти напряжения и движения сами зависят от вращения Земли вокруг своей оси. Скорость же этого вращения напрямую связана с проникновением энергии солнечного ветра, особенно во время магнитной бури.
Сейсмологами отмечено, что 15 июля 1959 года, когда на Солнце наблюдалась мощная вспышка, произошло наибольшее количество землетрясений.
Установлено, что подземная «погода» портится в течение примерно 10 суток после начала магнитной бури, причём максимум толчков приходится на вторые-седьмые сутки. Но вот парадокс: в некоторых районах количество землетрясений после магнитных бурь странным образом не увеличивается, а уменьшается.
Здесь сложнее всего различить причину и следствие, распознать, кто на кого влияет. В земной коре находятся большие массы таких кристаллических образований, как пьезокристаллы. При деформировании коры они сжимаются и появляются условия для создания мощных электрических полей, а разрядка их происходит через атмосферу. Отмечено, когда происходит сильное землетрясение, оно нередко сопровождается сильными грозами при ясном, безоблачном небе. Интенсивные атмосферные осадки и большие перепады атмосферного давления вызывают и подземную непогоду.
В 1870 году произошло сильное землетрясение в Средиземноморье. Жителями было отмечено экзотичное для них северное сияние. Что ж… При взаимодействии заряжённых частиц с атмосферным газом температура газа очень сильно увеличивается. В результате возбуждаются разные движения атмосферного газа, в частности волновые. Образованные гравитационные волны распространяются от места их возбуждения. В областях полярных сияний возбуждаются инфразвуковые волны, которые распространяются вниз к поверхности Земли. Инфразвук распространяется на огромные расстояния и практически не затухает. Он может генерироваться не только при полярных сияниях, но и во время развития ураганов, сильных молниевых разрядов, землетрясений, вулканических извержений.
В зонах сейсмической активности возможны ситуации, когда быстрая смена барических систем и вызванное ею резкое изменение атмосферного давления над местностью дают толчок вертикальному смещению пластов земной коры, фактически провоцируя землетрясение. Здесь прослеживается цепочка от магнитных бурь, атмосферной циркуляции воздушных масс, перепадами давления и встрясками литосферных плит.
Хотелось бы остановиться еще на таком моменте. Своеобразное эхо солнечных бурь обнаружили обнаружено при исследовании Каспийского моря. Оказалось, что колебания его уровня тесно связаны с циклами солнечной активности. За полвека, с 1927 по 1977 год, Каспийское море обмелело настолько, что площадь его водной поверхности уменьшилась на 55 тыс. квадратных километров. А в 1977 году неожиданно начался подъём уровня Каспия. Многое говорит за то, что этот процесс связан с движениями земной коры. Обычными природными объектами в Каспийском регионе являются грязевые вулканы. И их деятельность связана не только с сейсмичностью, но и с солнечной активностью, и с колебаниями уровня самого моря. Так, например, активизация грязевого вулканизма и пики землетрясений соответствуют фазам понижения уровня Каспия. В конце 2000 – начале 2001 гг. рост активности Солнца и мощности сейсмических явлений сопровождался массовым пробуждением грязевых вулканов. Тогда же в южной части Каспия зарегистрировали рекордное число извержений – 15.